力量最弱却最像人手，这个机器人未来会成为家务好帮手吗？

加州大学伯克利分校研究人员开发了“蓝”，一款为人工智能设计的低成本、人类友好型机器人，能够完成叠衣服之类的日常事务。研究人员希望这款新机器人能加速家用机器人的发展。

这款名为“蓝”的机械臂就像健美运动员的手臂一样粗壮，它的设计初衷是希望利用人工智能的最新进展驾驭更为复杂、精细、以人为本的任务，比如叠毛巾。图片来源：Phillip Downey

来源 University of California - Berkeley

翻译 页一

审校 阿金、刘悦晨

编辑 戚译引

加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）的研究人员构思并制造了一款新型、低成本、人类友好型机器人——“蓝”（Blue）。“蓝”旨在利用人工智能（AI）和深度强化学习的最新进展来驾驭 人类生活中较为复杂的工作，同时保持价格合理、安全可靠，这样每一位人工智能的研究者，乃至最终每个普通的家庭，都能拥有这样一台机器人。

“蓝”是加州大学伯克利分校电子工程和计算机科学教授皮耶特·阿布比尔（Pieter Abbeel）、博士后研究员史蒂芬•麦金利（Stephen McKinley）和研究生大卫•吉利（David Gealy）的共同创意。该研究团队希望“蓝”能加速家用机器人的发展。

阿布比尔说：“人工智能为现有的机器人做了很多，但我们想设计一款适合人工智能的机器人。现有的机器人过于昂贵，对人类来说不够安全，即使单独放置也并不安全——当它们试图通过试错来学习时就很容易发生损坏。我们想要创造一个真正能适应人工智能时代的新型机器人，而不是适应高精度、亚毫米级别的工厂自动化时代的机器人。”

在过去的十年里，阿布比尔开创了一些深度强化学习算法，这些算法帮助机器人通过试错或人类的指导来进行学习。他利用外部公司制造的机器人开发了这些算法，而这些机器人的市场定价为数万美元。

“蓝”使用耐用的塑料部件和高性能电机，制造、组装的成本总计不到 5000 美元。它每条手臂的尺寸和健美运动员的手臂平均尺寸接近，并且对外力敏感——例如用手推开它的外力——机械臂边缘圆润，夹点数量减到最少，以免人们不留神时卡住手指。“蓝”的手臂可以非常坚硬，像肌肉收缩时那样，也可以非常柔软灵活，像肌肉放松时那样，或者处于这两者之间的任何状态。

目前，该团队正在实验室制造十组机械臂，分发给被选中的早期使用者。他们将继续研究“蓝”的耐用性，并计划应对大规模制造这款机器人时将迎来的艰巨挑战，这项挑战将通过加州大学伯克利分校“伯克利张开双臂”（Berkeley Open Arms）项目变为现实。现在已经可以在该项目网站上注册，表达自己对优先使用这款机器人的兴趣了。

麦金利说：“有了更便宜的机器人后，每个研究者都可以拥有自己的机器人，而这种前景也是本项目背后的主要动力之一，即通过在世界上创造更多机器人来完成更多的研究。”

从移动的雕塑到轻盈的猫

机器人学传统上专注于工业应用，在这样的场景中，机器人需要凭借力量和精度来完美地完成每一次重复性工作。这些机器人在高度结构化、可预测的环境中蓬勃发展，而这与传统的美国家庭大相径庭。在传统的美国家庭里，你可能会在地上发现孩子、宠物和脏衣服。

吉利说：“我们经常把这些工业机器人描述成移动的雕塑，它们非常呆板，只能按照设定从 A 点到 B 点再返回 A 点。但如果你命令它移动到桌子后或离墙一厘米处，它就会撞到墙上卡住，要么撞坏自己，要么把墙撞裂，总之没什么好事。”

如果人工智能要在非结构化的环境中通过犯错来学习，那么这些僵硬的机器人将无法胜任。为了使实验过程更安全，“蓝”被设计成为外力可控型，它对外力高度敏感，随时调节它在任意时刻输出的力量大小。

吉利说：“这个机器人设计中非常酷的一点是，我们可以让它对外力敏感、友好并积极反馈，或者我们也可以选择让它非常强壮、非常坚硬。研究者可以调整机器人的坚硬程度，以及坚硬类型。你希望它给你糖浆那样的感觉吗？你希望它像弹簧那样吗？或者这两者的结合？如果我们想让机器人走入家庭，在这些日益非结构化的环境中工作，它们就需要这种能力。”

为了以低成本实现这些功能，科研团队考虑了“蓝”需要哪些特性来完成以人为本的工作，以及它可以不需要哪些特性。例如，研究者赋予“蓝”较大的运动范围，它的关节可以像人类的肩膀、肘部和手腕一样运动，人们也能更加容易地使用虚拟现实技术教会它如何完成复杂的动作。但是敏捷的机械臂与典型的机器人相比缺乏了一些力量和精度。

“我们意识到，大家不需要机器人总是施加特定的力量，或者总是保持特定的精度。只要机器人具备一点点智能，你就可以放宽这些要求，让机器人表现得更像人类，从而完成这些工作，”麦金利说。

“蓝”的手臂完全伸展时能够提起 2 公斤的重物，并保持一段时间。但是不同于在传统机器人设计中常见的“力/电流限制”的特点，“蓝”被设计成“温度限制”，麦金利说道。这意味着它与人类相似，可以在短时间内输出远超 2 公斤的力，直到达到热极限，然后它需要时间休息或者说冷却。这就像人可以拿起洗衣篮轻松地穿过一个房间，却无法提着同一个洗衣篮不停歇地走过一英里。

吉利说：“本质上，我们可以从一个力量较弱的机器人身上得到更多。这样的机器人更安全。最强壮的机器人最危险。我们想设计出虽然力量上最弱，但仍然可以做真正有用的事的机器人。”

麦金利说：“研究者们一直在为现有的硬件开发人工智能，大约三年前，我们开始思考，‘也许我们可以反过来做些研究，也许可以考虑一下制造什么样的硬件来增强人工智能，并且同时沿着这两条道路一起研究’。我认为，这与许多已有的研究相比，确实是一个巨大的转变。”

更多机器人演示视频参见：https://berkeleyopenarms.github.io/ 

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论文信息

【标题】Quasi-Direct Drive for Low-Cost Compliant Robotic Manipulation

【作者】David V. Gealy et al.

【期刊】arXiv

【日期】2019.04.11

【DOI】 arXiv:1904.03815v2

【链接】https://arxiv.org/abs/1904.03815#

【摘要】Robots must cost less and be force-controlled to enable widespread, safe deployment in unconstrained human environments. We propose Quasi-Direct Drive actuation as a capable paradigm for robotic force-controlled manipulation in human environments at low-cost. Our prototype - Blue - is a human scale 7 Degree of Freedom arm with 2kg payload. Blue can cost less than $5000. We show that Blue has dynamic properties that meet or exceed the needs of human operators: the robot has a nominal position-control bandwidth of 7.5Hz and repeatability within 4mm. We demonstrate a Virtual Reality based interface that can be used as a method for telepresence and collecting robot training demonstrations. Manufacturability, scaling, and potential use-cases for the Blue system are also addressed. 

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